? 2-6.5 μm瓦量級全光纖超連續激光源的產生研究 - 硫系玻璃 | 寧波大學紅外材料及器件實驗室
研究進展
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2-6.5 μm瓦量級全光纖超連續激光源的產生研究
作者: irglass 時間: 2021-03-04 瀏覽:1,406 次

       近日,我室碩士生嚴斌以第一作者(共同通訊作者:楊佩龍,白勝闖),在光學期刊OPTICS EXPRESS上發表了題為“The generation of watt-level supercontinuum covering 2-6.5 µm in an all-fiber structured infrared nonlinear transmission system”的論文。(ISSN: 1094-4087, 2021, 29(3), 4048-4057)。

       當前,中紅外超連續(SC)已經廣泛應用于大氣遙感、醫學成像、分子特征識別等領域。全光纖結構中紅外超連續譜產生系統具有穩定性高、結構緊湊、熱管理方便,已成為了當前國內外知名機構爭相研究的熱點。迄今,盡管光譜展寬至6 μm以上的全光纖中紅外SC已經有大量報道,但受限于泵浦源功率及軟玻璃光纖高功率耦合中諸多技術瓶頸,其輸出平均功率均在毫瓦量級。

       本工作以自制高功率2 μm光纖激光作為泵浦源,依次級聯泵浦ZBLAN光纖和As2S3光纖,建立理論模型,系統分析了軟玻璃光纖之間的耦合間距對透射效率、耦合功率的影響,并深入探索了氟化物與硫系光纖耦合端面損傷機理,解決了氟化物光纖與硫系光纖耦合中的諸多關鍵技術難題。同時,結合實驗室先進的石英與氟化物光纖低損耗熔接技術,最終在級聯光纖的非線性激光傳輸系統中,獲得了平均功率大于1W,光譜覆蓋2-6.5 μm的SC輸出。

       此外,考慮到多脈沖泵浦SC系統脈沖的特殊性,立足經典非線性薛定諤脈沖傳輸方程,并通過修正脈沖特征參數,精確模擬了多脈沖在As2S3光纖系統中的演化過程,并首次獲得了多脈沖泵浦下中紅外SC產生數值模擬圖像,該結果與實驗測量光譜高度吻合。

圖1 全光纖SC系統原理圖

圖2 (a) 不同長度的As2S3光纖的輸出光譜(實線)和As2S3光纖的損耗曲線(短虛線);(b) 4m長As2S3光纖輸出光譜以及功率隨輸入功率的變化關系。

圖3 (a) As2S3光纖SC輸出中不同光譜分量的功率占比以及全光譜傳輸效率隨入射功率的變化關系;(b) 輸出功率1.13 W下測得的中紅外SC的遠場光斑。

       該研究工作在全光纖中紅外高功率超連續激光源的開發領域具有標志性意義,將為后續探索更寬光譜的高功率超連續激光源奠定堅實的技術與理論基礎。

 

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